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近年來,隨著我國環境問題日益嚴峻,高校環境專業人才的培養任務日顯艱巨.實踐教育在眾多高校中受到越來越多的重視,“秉承實踐教育傳統,加強創新能力培養,提高學生全面素質”是新時期的實踐教育理念及創新人才培養思路.創新是研究型大學的成功之道,實踐教育是國際化、創新性復合人才培養的重要途徑,應該在創新人才培養過程中貫穿始終.實踐教育是培養學生科學的世界觀、人生觀、價值觀的重要渠道,是培養學生理論聯系實際、了解國情、熟悉社會、提高思想政治素質和業務水平的重要形式.本文將對當前國內外有關高校環境專業實驗教學體系建設與改革現狀進行綜述,并對今后建設與發展進行展望.

1高校環境科學實驗教學中心的建設

為了充分利用教學實驗資源,實驗教學中心(或基地)成為當前實施實驗與實踐教學的一種有效的運行管理模式.近年來,我國高校不少專業都投入了大量資金,相繼建設了實驗教學中心,形成了統一管理、統一規劃、獨立運行的管理體制,充分利用了教學實驗資源.例如:清華大學環境學院在“985工程”二期建設期間,構建了符合環境學科特點的新型實踐教育體系,并將原有依托于各研究所分散的教學實驗室重新整合,于2004年成立了“環境技術實驗與實踐教學中心”,后更名為“環境科學與工程實驗實踐教學中心”.通過對教學中心的不斷擴建,由原來分散的教學實驗室建設成為約2000m2的集中、獨立實驗室,形成了專業基礎實驗、污染控制技術實驗以及數據處理和工藝控制實驗課程體系.2009年,清華大學環境科學與工程實驗實踐教學中心被評為北京市實驗教學示范中心,后又被評為國家級實驗教學示范中心.同濟大學環境科學與工程實驗教學中心的前身是創建于1956年的給水排水實驗站,1994年組建成立獨立的學院總實驗室,2007年更名為同濟大學環境科學與工程實驗教學中心,2008年被評為國家級實驗教學示范中心.

浙江大學環境與資源實驗教學中心的前身是1939年國立浙江大學所成立的農業化學系教學實驗室.1999年對本科生實驗課程體系和管理體制進行全面改革,以“浙江大學土壤與農業化學基礎實驗室”為基礎,組建環境與資源實驗教學中心;2000年成立浙江大學環境與資源實驗教學中心,2007年被批準為浙江省首批基礎課實驗教學示范中心.哈爾濱工業大學市政環境實驗教學中心是在市政環境工程學院所屬的環境工程、環境科學、給水排水工程和建筑環境與設備工程等多個專業基礎及專業課實驗室的基礎上,于2000年8月組建成為大型、綜合性的實驗教學中心,面積6000m2,下設分析測試部、實驗教學部和綜合業務部等3個部門,為教學、科研和學科發展提供服務.此外,天津大學、南京大學等,也都通過整合環境實驗教學資源,先后于2002年、2003年成立了環境專業實驗教學中心,并針對學科特點構建了各自特色的環境實驗教學模式.如南京大學提出的“理論與實踐結合、宏觀與微觀結合、經典與現代結合、實驗教學內容與科學研究結合、基礎實驗課程的學習與科研訓練結合”的實驗教學模式等,并于2009年被評為國家級實驗教學示范中心.

2高校環境實驗教學體系建設綜合比較

我們調研了國內10幾所重點高校的實驗教學體系(不含課程設計)的建設情況,并從實驗課程內容、教學方法、硬件建設、管理機制等幾個方面進行了比較.從調查結果來看,目前國內重點大學在環境科學與工程專業上開設的主要實驗教學課程有以下特點.

2．1實驗課程的設置環境監測實驗、水污染控制實驗、大氣污染控制實驗和環境微生物實驗是多數高校的本科生必修課.由于這4門實驗課都是環境專業中比較傳統的實驗課程,因此在相應實驗內容設置上,各高校相差不是太大.但環境工程原理、固體廢物處理實驗、環境化學及環境數據處理實驗等新興實驗課程,高校中目前開設的還相對較少.清華大學實驗課程的設置較全面,涉及水、氣、固等所有環境介質,并開設了環境數據處理及信息實驗課.

2．2實驗項目類型主要可以分為兩大類:操作型實驗和演示型實驗.操作型實驗又可分為基礎型、綜合型和研究型.不同高校其分類方法略有不同.

2．2．1操作型實驗(1)基礎型實驗.目的是通過實驗幫助學生驗證課堂所學理論知識,掌握必備的實驗操作技能.所有高校都設置了一定數量的基礎型實驗項目,如環境監測實驗中水的物理性質、堿度、硬度的測定等,環境微生物實驗中顯微鏡的使用、大腸桿菌群數的測定、培養基的制備以及水中菌落總數測定等,以及環境工程原理中傳質系數的測定等,都屬于基礎型實驗.(2)綜合型實驗.是在學生掌握了一定的專業基礎知識和基本實驗技能之后開設的綜合型實驗課程,目的是培養學生運用自己掌握的理論知識和實驗技能,系統地完成一些具有一定深度和廣度的綜合型實驗.該類型實驗要求學生有系統、有深度、規范地完成實驗內容,從而使學生得到包括實驗設計、方案實施、結果分析等全方位的培養和訓練.在全部實驗項目中,綜合類實驗所占比例一般較大,如清華大學環境科學與工程實驗實踐教學中心,綜合型實驗項目的比例為43％.清華大學“校園環境監測”是一門典型的綜合型實驗.圍繞“校園環境”這一主題,學生通過自由組合,分別從水、氣、固、噪聲等研究領域確定研究課題,并通過充分的文獻調研與小組討論,形成可行的實施方案.春季學期結束之前學生進行統一匯報,由主講教師、實驗教師、助教、各小組組長等組成評委,對其方案進行可行性評價并指出改進之處.夏季學期集中安排時間進行實驗方案的實施,期間實驗教師與助教全程指導.實驗完畢,經過數據分析、結果討論,并以ppt的形式在限定時間內向全年級同學和有關教師匯報,并接受提問、評委打分,最終給予實驗成績.(3)研究型實驗.是在學生掌握相當的專業基礎知識和實驗技能后參與的研究項目或自主提出的探索性實驗研究課題.這些研究型課題主要要求學生在導師指導下,通過自主開展實驗研究,學生在背景調研、方案設計、系統搭建、數據處理和結果表達等多個環節中,養成獨立思考和積極進取的科學精神,以實現培養學生的創新意識、觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題的能力,因而是培養頂尖創新型人才的重要步驟.例如清華大學“水處理實驗”中的混凝實驗,由于實驗水樣千差萬別,對不同的水樣、不同的混凝劑或助凝劑,其最佳混凝條件各不相同.因而要求各組根據自己的興趣從指導書所提供的參考實驗方案中進行選擇,或者發揮創造力自行確定實驗方案.

2．2．2演示型實驗某些實驗項目受實驗條件或課時所限,通過模型或多媒體教學向學生展示復雜實驗內容,旨在擴大學生知識面.例如水污染控制實驗中可開展近15個實驗項目,但一般高校只選擇其中的5~9個實驗項目,有些高校,如哈爾濱工程大學再選擇一些實驗(如沉淀池、SBR反應器等)作為演示實驗項目.另外,對于大學生研究訓練項目(SRT)類型的實驗,不同高校對其分類與定義存在差異.有些高校將其列為課外科技創新活動,而未歸為研究型實驗,如清華大學、哈爾濱工程大學;有的高校將其作為一類創新型實驗,如同濟大學.

2．3教學管理與設備條件建設如前所述,目前很多重點高校都建立了獨立的環境實驗教學中心,承擔全部(本科、研究生)實驗教學任務,并由專職實驗人員進行實驗課程的建設、教學、管理及實驗室維護.多數實驗教學中心配備了大中型分析儀器,如氣相色譜儀、液相色譜儀、離子色譜儀、TOC分析儀、原子吸收光譜儀、分光光度計等.有的中心實驗教學與科研幾乎完全分開,教學中心獨立擁有實驗教學所需的大型儀器與設備,在開展實驗教學的同時,對校內外開放,如浙江大學;有的是擁有其中主要的幾種常規大型儀器,昂貴的大型儀器如ICPGMS等則依賴于單位科研平臺,如清華大學;有的則是教學與科研共用,如天津大學、哈爾濱工程大學.自主研制設備是實驗教學中心的重要任務之一[15],今后各實驗教學中心還根據實驗內容需要大力自主研制與改進教學設備,如清華大學研制的電袋除塵設備、氮氧化物的催化凈化設備、過濾反沖洗裝置、有機廢物好氧堆肥裝置等20余套;浙江大學研制的活性炭吸附實驗裝置、高效脫氮除磷生物反應器等40余套.這些設備在開展高質量的實驗教學中發揮了重要作用.

2．4教學方法與手段改進由于以往實驗課程存在著安排欠合理、學生數較多、場地和資金的限制、人員編制的限制等問題,導致目前許多高校仍以“菜單式”集中教學為主,學生的主動性和能動性難以得到全面發揮.不少高校已經意識到該類問題并進行改進.如清華大學、浙江大學、同濟大學等高校率先開設的研究型實驗或建設科技創新基地,從實驗項目來源、硬件條件、實驗時間的保障等各方面,為學生提供旨在培養高素質、高能力的創新型專業人才的實驗系統平臺.

2．5實驗教材建設與實驗課程的開設數相比,目前各高校正式出版的環境專業實驗教材偏少,一般3~4部,多數采用自編實驗講義的形式.這些教材有的是實驗部分獨立成書,有的是與理論課教材編著在一起.實驗教材的編寫與出版是目前高校環境實驗教學中相對比較薄弱的環節之一,應在今后的建設與發展中得以加強.

3結束語

綜上所述,近幾年國內高校在實驗教學模式上較早期的傳統教學方法有了很大改進與提高,但在很多方面還有待加強,如:(1)實驗課程設置覆蓋面趨寬,但課程體系的建設仍有待完善,需要根據學科的發展趨勢適時開設新的實驗內容,新型實驗課程如固廢處理、環境工程原理、環境信息處理等實驗課程,今后應加大建設投入;(2)實驗項目類型多樣,基本涵蓋基礎技能訓練、綜合能力與創新能力培養等重要環節,創新型實驗項目應注重科研成果的及時轉化;(3)加強實驗硬件建設,并及時將不斷涌現的新技術、新實驗手段應用到實驗與實踐教學中;(4)通過建立“實驗教學中心”,統籌資源、合理安排,教學中心管理的科學化與規范化將成為今后工作的重點與挑戰。

作者：左劍惡 段鳳魁 賀克斌 楊宏偉 單位：清華大學 環境學院